Кваліфікаційні роботи здобувачів вищої освіти кафедри загальної та прикладної фізики
Permanent URI for this collectionhttp://er.nau.edu.ua/handle/NAU/45753
Browse
Recent Submissions
Item Нанокомпозити на основі вуглецевих наноструктур та нанодисперсного апатиту кальцію(Національній авіаційний університет, 2020-12) Шаблій, Данило МиколайовичЯкісний прорив наукового пізнання за останні десятиріччя полягає у зміні мікрооб`єкта дослідження з атома, молекули - природного походження на кластер, фулерен, надгратку, квантову точку і т.д. штучно створених, що надає більш широкі передумови науково-обгрунтованого пошуку та проектування матеріалів з комплексом заданих властивостей. Таким чином відбулося становлення нової парадигми наукового пізнання знизу - вгору і, як наслідок, народження нового напрямку - нанонауки. В останні роки досягнуто значних успіхів у розвитку фундаментальних досліджень і розробки технологій створення 2D- і наноструктурованих металевих структур. На сьогодні значимість таких матеріалів позначилася в багатьох сферах, зокрема, в електроніці, в науці про поверхню, освоєнні космосу, біології, наномедицині та інш. Актуальність наукового пошуку обумовлена зростаючим спектром практичного застосування наноматеріалів. Проблеми екологічної безпеки та здоров'я людини, подовження життя і поширення його за межі планети стають для людства головними питаннями початку третього тисячоліття. При цьому одним з принципових завдань на цьому шляху є дослідження та розробка технологій отримання матеріалів медико-біологічного та екологічного призначення. За рівнем публікацій та об`ємом проведених досліджень у цьому напрямку апатити і апатитоподібні сполуки займають одне з перших місць [28, 286-289, 290-294]. До ізоструктурних сполук під загальною назвою – апатити відноситься велике сімейство: М10(XO4)6Y2 (М = Са, Sr, Ва, Рb, Nа, Мn, Сd, Fе, К, Li, рідкісноземельні елементи (РЗЕ); X = Р, Si, Ge, As, Сr, N, V, S; Y = F, Сl, ОН, О, Вr, J, СО3). Значна толерантність таких речовин до живих тканин і великий відсоток в літосфері Землі поряд з особливостями електронної та кристалічної структури визначають їх безпосередній вплив на різноманітні аспекти технічного, екологічного та біологічного застосування. Матеріали на основі апатитоподібних сполук, окрім традиційного застосування в електроніці, в науці про поверхню, при створенні квантових генераторів, в медицині, можуть знайти застосування в обчислювальній техніці, в області комунікаційних засобів та smart biosensors і bioelectronic devices, у космічних дослідженнях, в енергетиці, в наномедицині, мати чільне місце в нанобіоніці. За умови вирішення ряду наукових і технічних проблем зі створення апатитоподібних матеріалів з необхідними параметрами, їх використання в науці і практиці обіцяє революційні зміни. Космічним агенством NASA нещодавно прийнята програма Advanced Life Support в рамках якої комплексні дослідження апатитоподібних сполук проводяться з метою використання їх, як джерела грунтового фосфору і кисню, для довгострокових космічних місій і поселень на Місяці та Марсі. Сьогодні з упевненістю можна сказати, що у сучасному матеріалознавстві сформувався новий напрям - апатитознавство. Поява в останні десятиліття нових зондових методів дослідження локальної атомної та електронної будови – зондової тунельної мікроскопії та спектроскопії, зондової атомно-силової мікроскопії формують новий підхід до вивчення речовин в нанометровому діапазоні.Item Експериментальні дослідження теплопровідності полімерних мікро-і нано-композитів(Національній авіаційний університет, 2020-12) Попружук, Ілля ОлеговичДля створення сучасного теплоенергетичного оснащення почали використовувати мікро- і нанокомпозити різноманітного призначення, на разі це один з основных напрямків який використовується. Серед мікро- і нанокомпозитів відо-кремлюються комозити які мають цілий спектр особивих власивостей. Один з перспективних напрямків застосування полімерних мікро- і наноко-мпозитів, є виготовлення теплообмінних поверхонь, які вважаються дуже важли-вими елементами теплоенергетичних установок різного призначення. Викорис-тання матеріалів цього класу забазпечуюють підвищення надійності, довговічнос-ті, зниження масогабаритих характеристик а також зниження їх вартості у порів-няні з іншими матеріалами які вважались певний час класичними. При викорис-танні цих матеріалів є можливість підвищити різні теплофізичні властивості що є над важливим для теплоенергетичних установок. Матеріали які використовуються для теплообмінних поверхнь повинні від-повідати ряду вимог, що віносяться до їх діапазону робочих температур, тепло-фізичних властивостей, масогабаритих та технологічних характеристик та ін. Щодо теплофізичних властивостей в перш за все, матеріал повинен мати коефіці-єнт теплопровідності якій буде відповідати основним вимогам. Його значення для забезпечення низькоготермічного опору стінок теплообмінників повинен бути не менше ніж 20 Вт/(м∙К). Це є одним з основних критеріїв. Вимоги до робочих температур матеріалів, диктуються різними тепловими режимами при яких буде відбуватись експлуатація теплообмінних пристроїв. Для полімерних мікро- і нанокомпозитів цей діапазон обмежується температу-рою розм'якшення що набуває досить невеликих значень. Із за цієї особливості таких матеріалів для їх використання повинно бути зорієнтовано вперш за все на виготовлення теплообінників які будуть призначенні для передачі низькопотенці-альної теплоти, робоча температура таких поверхонь не повинна перевищувати 200 °С. В багатьох ситуаціях вимоги до таких матеріалів включать в себе ще й ви-соку корозійну стійкість. Такі вимоги диктуються для теплообмінників які широ-ко використовуються в різних агресивних середовищах, тому це є достатньо важ-ливим критерієм при створенні матеріалів.Item Мoнoшари s- та d- мeталів(Національній авіаційний університет, 2020-12) Алeкcандрoв, Євгeній ГeннадійoвичЯкіcний прoрив наукoвoгo пізнання за ocтанні дecятиріччя пoлягає у зміні мікрooб`єкта дocліджeння з атoма, мoлeкули - прирoднoгo пoхoджeння на клаcтeр, фулeрeн, надгратку, квантoву тoчку і т.д. штучнo cтвoрeних, щo надає більш ширoкі пeрeдумoви наукoвo-oбгрунтoванoгo пoшуку та прoeктування матeріалів з кoмплeкcoм заданих влаcтивocтeй. Таким чинoм відбулocя cтанoвлeння нoвoї парадигми наукoвoгo пізнання знизу - вгoру і, як наcлідoк, нарoджeння нoвoгo напрямку - нанoнауки. Відкриття в 1985 рoці мoлeкулярнoї фoрми вуглeцю - фулeрeнів дoзвoлилo рoзширити кoлo нoвих матeріалів з нeзвичайними фізикo-хімічними влаcтивocтями. У 1991 рoці наукoвий cвіт дізнавcя прo мoжливіcть cинтeзу вуглeцeвих нанoтрубoк, щo вoлoдіють нeзвичайними eлeктричними і мeханічними влаcтивocтями. На cьoгoдні зрoблeнo значний прoрив у вивчeнні нанoматeріалів з рoзмірами близькими дo 1.0 нм. Мініатюризація cучаcних eлeктрoнних приcтрoїв призвeла дo cтвoрeння oднoeлeктрoнних транзиcтoрів. Матeріали, які викoриcтoвуютьcя для cтвoрeння таких приладів, є клаcтeри з рoзмірoм дo 1.0 нм абo двoвимірний газ eлeктрoнів в мeталeвих cиcтeмах. Poзгляд фізичних cтруктурних мoдeлeй 0D-, 2D та 3D-cтруктур мeталів в тeoрії кoндeнcoваних ceрeдoвищ чаcтo дoзвoляє cфoрмулювати ряд загальних і тoчних рeзультатів, правильніcть яких в cвoю чeргу мoжe бути eкcпeримeнтальнo oбгрунтoвана при дocліджeнні рeальнo cинтeзoваних 0D-, 2D та 3D-cтруктур мeталів. При цьoму в тeрмінах cтруктурнoї cамoпoдібнocті, інваріантніcть для таких cтруктур дocягаєтьcя шляхoм мнoжиннoгo набoру таких випадків, при яких рeалізуєтьcя рeальна картина eкcпeримeнту. Cтанoвлeння мeтoдoлoгії вивчeння влаcтивocтeй і cинтeзу нанocтруктурoваних і 2D-cтруктур мeталів привeлo дo значнoгo прoгрecу в цій нeoзoрій oблаcті.Item Магнітна анізотропія двійникових мезомасштабних тонких плівок Ni-Mn-Ga(Національній авіаційний університет, 2020-12) Тихоненко, Владислав ОлександровичСплави на основі NiMnGa з феромагнітним ефектом пам'яті форми типу Гейслера(FSMAs) знаходяться під інтенсивним дослідженням завдяки їх досить незвичним фізичним властивостям та потенційним застосуванням. Історично інтерес до цих матеріалів був викликаний завдяки виявленню магнітного ефекту пам'яті форми, що полягає у різкій зміні розміру (до 12%) під впливом магнітного поля, внаслідок подвійного граничного руху в мартенситному стані. З того часу в цих матеріалах було виявлено ряд цікавих фізичних ефектів, таких як надпружність, звичайний та зворотний магнітокалоричний ефект, зміна зміщення тощо. Деякі FSMAs матеріали мають високу спінову поляризацію електронів та найвужчу лінію магнітного резонансу серед магнітних металів, що робить їх дуже привабливими для застосування у спінтроніці та магноніці. Сплави з феромагнітним ефектом пам'яті форми цікаві тим, що вони можуть демонструвати послідовності структурних перетворень (домартенситні, мартенситні та міжмартенситні), які можуть бути реалізовані в магнітно різних станах. Температура мартенситного перетворення першого порядку в деяких FSMAs сплавах може збігатися з температурою Кюрі аустеніту і, як наслідок, відбувається магнітоструктурне фазове перетворення першого порядку з парамагнітного аустеніту в феромагнітний мартенсит [9]. Такі магнітоструктурні фазові перетворення першого порядку супроводжуються зміною намагніченості, завдяки чому їх можна легко викликати зовнішнім магнітним полем, що спричиняє гігантський магнітокалоричний ефект та аномальний ефект Холла. Порівняно з FSMA, сплави NiMn (Sn, In, Sb) з ефектом пам'яті форми, які іноді називаються сплавами з метамагнітним ефектом пам'яті форми (MetaMSMA), демонструють зовсім іншу магнітоструктурну фазову трансформацію з феромагнітного аустеніту в слабомагнітний або немагнітний мартенсит, який супроводжується величезною і різкою зміною намагніченості та ентропії [9]. Вони виявляють гігантський зворотний магнітокалоричний ефект при мартенситній трансформації, що робить їх перспективними для магнітного охолодження. Розрахунки з перших принципів продемонстрували, що між магнітними іонами в цих сплавах є взаємний вплив антиферомагнітних та феромагнітних обмінних взаємодій, що призводить до різких змін магнітних властивостей під час магнітоструктурного фазового переходу. Зокрема, мартенситна трансформація призводить до придушення феромагнетизму та зменшення намагніченості насичення. Нещодавно було показано, що в таких сплавах двійникова структура породжує нетривіальний магнітний стан, при якому співіснують феромагнітний обмін всередині компонентів-двійників та антиферомагнітний обмін через двійникові межі. Структурні та магнітні властивості тонких плівок на основі NiMn з магнітним ефектом пам’яті форми можуть різко відрізнятися від властивостей об’ємних матеріалів. В основному це пов'язано зі взаємодією між плівкою та підкладинкою. Ця взаємодія проявляється через внутрішні напруження, які з’являються внаслідок невідповідності між параметрами решіток плівки та підкладинки (для епітаксіальних плівок) та / або через шорсткість поверхні або невідповідність термоеластичності (температурних коефіцієнтів розширення), тоді як у в об’ємному стані ці сплави зазвичай утворюються практично без внутрішніх напружень. Вплив підкладинки викликає значну якісну та кількісну модифікацію магнітної анізотропії у плівках. Мартенситне перетворення (від кубічної аустенітної фази до мартенситного стану з нижчою кристалічною симетрією) у тонких плівках не може відбуватися без двійникування через необхідність збереження площі поверхні. Не всі варіанти двійників можуть бути сформовані у плівці. Типи варіантів, які можуть формуватися у плівках, їх розміри та концентрація, диктуються параметрами плівки та підкладинки. У об’ємних матеріалах всі варіанти двійників можуть бути сформовані. Їх концентрація та розміри здебільшого залежать від передісторії зразка. З іншого боку, двійники в плівках з магнітним ефектом пам'яті форми можуть використовуватися для формування макроскопічної періодичної структури, яка може бути використана, наприклад, в якості магнонного кристалу. Субмікронна періодична структура може бути створена без будь-якої літографії. Задавати період цієї структури можна, регулюючи склад та товщину плівки, а також матеріал підкладки.